耐磨合金粉块堆焊工艺
煤化工设备耐磨层堆焊材料及工艺
专题研究煤化工设备耐磨层堆焊材料及工艺张金深1，李辉2,武爱兵1（1.中石化宁波工程有限公司，浙江宁波315207；2.中石化炼化工程集团洛阳技术研发中心，河南洛阳471003）摘要：采用3种商用堆焊合金材料和3种堆焊工艺分别在Q345R,316L基材上制备9种耐磨层"采用金相显微镜和扫描电子显微镜对堆焊合金的组织和形貌进行表征"利用图像分析软件-洛氏硬度计和摩擦磨损试验机对耐磨层的孔隙率、硬度和耐磨性进行测试"结果表明，堆焊层的孔隙率均在3.5%以下，大部分在0.5%以下°碳化物的尺寸、形状-分布和化学成分,以及基体组织决定了堆焊层的耐磨性，HF600焊接材料+GMAW工艺制备的试样具有最好的耐磨性°关键词：煤化工设备；堆焊；耐磨层；组织中图分类号：TG455Hardfacing materials and process for wear resistant layerof coal chemical equipmentZhang Jinshen1,Lt Hut2,Wu Ailing1(1.Sinopec Ningbo Engineering Co.Ltd.,Ningbo315207,Zhejiang,China;2.SEG Luoyang R&D Centea of Tehnology,Luoyang471003,Henan,China)Abstracl:Nine kinds of wear-resistane layers were prepared on Q345R and316L substrates by three dineent hardfacing processes with three commercial hardfacing alloy mateeals.Microstructure and morphology of the hard-facing alloy were characterized by opticd microscope and scmning electron microscope.The porosity,hardnes and weae resistanci of weeo layee were tested by image analysis software,rockwell hardnes testee and friction and wear testing machine.The—su IS s showed that the porosity of hardfacing layeo was below3.5%,most were unda-0.5%.The wear resistanci of hardfacing layes was determined by the size,shape,distribution and chemical composition of the corbines,as w V I as by the rmarx microstructure.The best wer resistancc was obtained in HF600 hardfacing alloys and GMAW(Gas met arc welding)process samples.Key words：coo I chemicco equipment；hardfacing；wer resistant layer;microstructure0前言磨损是机械零部件三大失效形式之一。
自动化等离子粉末堆焊资料
自动化等离子粉末堆焊设备——上海多木实业有限公司堆焊是现代材料加工与制造业中一种重要的制造和维修方法。
工作原理：等离子弧粉末熔覆表面堆焊是以氩氢气等离子弧为热源，选用一定成分的耐磨损耐腐蚀合金粉末作为填充金属的特种堆焊工艺。
堆焊时主要利用转移弧在工件表面产生熔池，合金粉末按需要量连续供给，在送粉气流作用下送人焊枪，并吹人电弧中。
粉末在弧柱中被预先加热，呈熔化或半熔化状态，喷射到工件熔池里，在熔池里充分熔化，并排出气体和浮出熔渣。
随着焊枪和工件的相对移动，合金熔池逐渐凝固，便在工件上获得所需的合金熔敷层。
等离子粉末堆焊机：是我公司自主研发的拥有完全自主知识产权的金属表面改性设备，该堆焊工艺是提高金属表面耐磨性、耐腐蚀性和耐冲击等性能的有效技术方法之一。
工作原理：等离子粉末堆焊是以等离子弧作为热源，应用等离子弧产生的高温将合金粉末与基体表面迅速加热并一起熔化、混合、扩散、凝固，等离子束离开后自激冷却，形成一层高性能的合金层，从而实现零件表面的强化与硬化的堆焊工艺，由于等离子弧具有电弧温度高、传热率大、稳定性好，熔深可控性强，通过调节相关的堆焊参数，可对堆焊层的厚度、宽度、硬度在一定范围内自由调整。
等离子粉末堆焊后基体材料和堆焊材料之间形成融合界面，结合强度高；堆焊层组织致密，耐蚀及耐磨性好；基体材料与堆焊材料的稀释减少，材料特性变化小；利用粉末作为堆焊材料可提高合金设计的选择性，特别是能够顺利堆焊难熔材料，提高工件的耐磨、耐高温、耐腐蚀性。
等离子粉末堆焊技术优势：1、堆焊熔覆合金层与工件基体呈冶金结合，结合强度高；2、堆焊熔覆速度快，低稀释率；等离子弧堆焊的稀释率可控制在5%一10%，或更低。
3、堆焊层组织致密，成型美观；堆焊过程易实现机械化、自动化；4、可在锈蚀及油污的金属零件表面不经复杂的前处理工艺，直接进行等离子堆焊；5、与其他等离子喷焊相比设备构造简单，节能易操作，维修维护容易；6、等离子弧温度高、能量集中、稳定性好，在工件上引起的残余应力和变形小。
堆焊铸造耐磨件的制造步骤及方法
堆焊铸造耐磨件的制造步骤及方法本文通过对耐磨件堆焊制造及再制造中的几个问题的探讨，详细阐述了堆焊件与铸造件的特点、耐磨堆焊再制造方法的优劣势分析和选择原则、在线堆焊与离线堆焊再制造的材料选用、工艺控制、设备配置及施工案例，详细分析了堆焊的风险及其控制，同时还介绍了新兴的复合耐磨件制造的方法、特点和优势。
耐磨件的制造不仅可通过铸造工艺来制造，也可通过堆焊工艺来制造，而对磨损过的耐磨件采用堆焊工艺来再制造，可获得比原铸件更耐磨的性能，同时通过废旧利用，可实现循环经济，是一个再制造过程，本文将就耐磨件堆焊制造及再制造中的几个问题进行探讨。
1 堆焊和铸造一样都是耐磨件的制造方法1.1 堆焊是微观化的铸造耐磨件的制造是以铸造为主（从吨位来说），堆焊件占的比重比较小。
铸造比堆焊发展得早，所以从堆焊诞生开始，就有了铸造和焊接（堆焊）谁代替谁的问题，其实从原理上讲，二者应该是一家，是不能相互替代的。
我们认为，堆焊过程实际就是一个微观的铸造过程，如果铸造可以看作是焊件尺寸以米为单位的大尺寸熔池，那么堆焊就是以毫米为单位的很小的熔池。
为什么在工件制造过程中会有微观铸造的概念呢？这是因为对于铸造而言，随着铸件尺寸的不断增大，其制造难度和热处理难度也越来越高，如果再要求耐磨件能够由里到外具有均匀的耐磨性能，实现起来将非常困难。
但是堆焊过程可以解决这一难题，它将铸造过程微观化、微细化，把一个大的铸造分解成无数小的铸造，这样，每个微观熔池都可以很容易达到最终工件要求的强度、硬度、韧性等微观指标。
所以，在耐磨件的堆焊过程中，铸造和堆焊是相辅相成的，就比如铸造是皮，耐磨层堆焊是毛，对耐磨件整体质量而言，二者是“皮之不存，毛将焉附”的关系。
如果要求一个工件整体具有很好的质量，就要求其铸造和堆焊的质量都很高。
1.2 耐磨件制造过程中铸造和堆焊的选择对于一个耐磨件，如果其铸件从成本、性能等方面能够完全满足使用要求，人们就不必考虑堆焊了。
合金粉过渡带极堆焊烧结焊剂研制及焊接工艺
表 ２ 合 金 粉 末化 学成 分 （ 量 分 数 ） （ ） 质 ％
表 ３ 特 制 烧 结 焊剂 化 学 成 分 （ 量 分 数 ） （ ） 质 ％
Ａ１０３＋Ｔ Ｏ２ ２ ｉ ３１ ．１ Ｍｇ Ｏ ２ ． ６ ９ Ｓ ｉ １． ５ ４ Ｆ ９ ６ ． Ｃ ０ ａ ９ ３ ． Ｍｎ Ｏ ５ ２ ．
试 验规 范 ：碳 钢焊带 ６ ｒｍ×０ ５ ｍ。 ０ ａ ．ｍ
焊接 参数 ：焊接 电流为 ７ ０ ５ Ａ，电弧 电压 为 ３ Ｖ， ０
焊 接速 度为 １ ｍｍ ｍｉ，送粉 速度 为 １０ ａｉ。堆 焊 ７ ／ ｎ ２ ｒ ｎ
层 数为 两层 。
通过 改变 合 金 粉 牌 号 ，可 以得 到 含 有 不 同合 金
ＭＷ （ ０ １ ２ ２） ２ １０ １
钙 及 Ａ 一Ｍ 合金 等 ，可 以保 证 焊 接 电弧 稳 定 ，在 电 １ ｇ 弧 周 围造成 一 种 还 原 的气 氛 ，防 止 空 气 中 的 水 分 ， 氧 化氮 等有 害气 体 进 入 熔 敷 金 属 ，生 成 的 焊 接 熔 渣
成分 的熔 敷 金 属 ，还 可 以 通过 调 整 送 粉 速 度 及 焊 接
试验 目标 ：堆 焊硬度 ＨＲ ＞５ 。 ＣＩ ５
试 验 结 果 ：堆 焊 焊 缝 硬 度 ５ ＨＲ ９ Ｃ、５ ． ＨＲ ８ ５ Ｃ、
５ ＨＲＣ 和 ５ ． ＨＲＣ ７ ６５
参 数 ，也可 以调 整 含 有 合 金 成 分 的 熔 敷 金 属 成 分 ，
达到所 需硬 度及 耐磨 性能 。
及硫 、磷 等有 害杂 质 。首先 Ａ： Ｍ Ｏ可 与氟化 物 １ 和 ｇ Ｏ
形成 很好 的焊 接熔 渣 ，保 护 焊 缝 金 属 ；其 次 加 入 氟
耐磨件堆焊技术条件
3、术语和定义GB/T3375界定的以及下列术语和定义适用于本标准。
3.1 硬面堆焊再制造（Remanufacturing of the overlayed welding）指对磨损失效的耐磨件（如立磨磨辊套/磨辊衬板、磨盘衬板、辊压机挤压辊等）进行堆焊，使之恢复原有尺寸和性能的施工方法。
3.2 堆焊复合制造（Composite manufacturing by overlaying）指采用堆焊方法将耐磨材料熔覆于金属母体之上，达到设计要求的新品制造方法3.3 耐磨板堆焊制造（Overlaying for the wear plate）指采用堆焊方法在金属基板上熔覆一定厚度耐磨材料的耐磨板制造方法。
3.4 在线堆焊（On-line overlaying）将堆焊设备和堆焊材料运到立磨或辊压机设备现场，在耐磨件不拆出设备本体的情况下，使用某种焊接材料进行堆焊，使耐磨件恢复原有尺寸和性能的堆焊方法。
3.5 离线堆焊（Off-line overlaying）将立磨或辊压机的耐磨部件拆出设备本体，运到具备施工条件的场地，运用堆焊方式，使耐磨件恢复原有尺寸和性能的堆焊方法。
3.6 失效（Failure）耐磨件在运行中丧失规定的功能4、技术要求4.1 焊接方法对于立磨磨辊、磨盘衬板、挤压辊辊体等回转体耐磨件以及耐磨板等平面状态的耐磨件，应采用自动焊机堆焊的方法为主，包括埋弧堆焊和明弧堆焊。
其它非自动焊的耐磨件可采用手工焊条电弧焊、半自动焊机堆焊等。
4.2 对堆焊材料（焊条、焊丝、焊剂等）的要求4.2.1 自动堆焊时，宜使用以钢带内包敷合金粉末轧制和拉拨而成的药芯焊丝，药芯焊丝的质量应符合GB/T17493《低合金钢药芯焊丝》（DIN8555-MF10-GF-60-G《药芯焊丝》）的要求。
一般情况下，要求焊丝的药粉填充均匀，填充率的变化应不大于1%。
4.2.2 堆焊前应对耐磨件母材的化学成分和力学性能进行核查，焊接材料的化学成分要与耐磨件母材材质成分相匹配，符合堆焊后耐磨件的使用性能。
立磨堆焊方案
立磨堆焊方案概述立磨堆焊是一种常用的修复机械设备磨损部件的技术，通过在磨损部位进行焊接修复，以延长设备的使用寿命。
本文档将介绍立磨堆焊方案的详细步骤和注意事项。
步骤以下是进行立磨堆焊的基本步骤：步骤一：准备工作在进行立磨堆焊之前，需要准备好以下工作：1.清理磨损部位：使用钢丝刷清理磨损部位的表面，确保焊接区域干净，去除锈蚀、污物和旧焊接材料等。
2.准备堆焊材料：选择适合的焊接材料，通常为硬质焊条、硬面焊丝或焊粉。
根据实际情况选择材料的硬度和耐磨性。
3.准备焊接设备：根据焊接材料的特点，选择适当的焊接设备，如电弧焊机、TIG焊机或MIG焊机等。
步骤二：焊接准备在进行焊接之前，需要进行以下准备工作：1.预热磨损部位：对于较大的磨损部位，可以使用火焰或电热进行预热，以提高焊接质量。
2.调整焊接设备：根据焊接材料的要求，调整焊接设备的参数，如电流、电压和焊接速度等。
3.制备焊接底材：对于新的焊接底材，可以进行打磨、清洗和除油等处理，以提高焊接强度。
步骤三：堆焊操作完成焊接准备后，进行以下操作：1.开始堆焊：将焊接材料均匀地涂覆在磨损部位上，保持一定的焊接压力，确保焊接材料与焊接底材充分接触。
2.控制焊接速度：根据焊接材料的特性，控制焊接速度，避免过快或过慢造成焊接缺陷。
3.检测焊接质量：焊接完成后，用目测或非破坏性测试方法检测焊接质量，确保焊接无裂纹和气孔等缺陷。
步骤四：后续处理完成焊接后，需要进行以下后续处理：1.冷却焊接部位：使用风扇或其他冷却设备对焊接部位进行冷却，避免过热导致焊接材料变形或开裂。
2.清理焊接烟灰：焊接过程中可能会产生烟灰和焊渣，需要及时清理，以免对设备造成二次污染。
3.去除余渣：对于焊接过程中残留的焊接材料，可以使用打磨或切割等方法去除，使焊接平整。
注意事项在进行立磨堆焊时，需要注意以下事项：1.安全防护：在进行焊接操作时，必须佩戴防护眼镜、耳塞、手套和焊接服等个人防护装备，确保工作安全。
耐磨堆焊技术详解
耐磨堆焊技术详解耐磨堆焊技术详解2011年05月15日一.机件磨损矿山，冶金，建材，工程，农业机械工作环境非常恶劣，机件磨损十分严重。
磨损是一个复杂的动态过程，主要表现为磨料磨损——低应力磨损，高应力磨损，凿削性磨损，冲击磨损，冲蚀磨损，气蚀冲蚀磨损，腐蚀磨损,因磨料磨损造成的损失占整个磨损损失的50%以上。
磨料磨损又有多种不同形式同时发生，解决好磨料磨损损失预防，就等于抵御了整个机件磨损损失，将机件的磨损损失降到最低。
机件磨损受磨料性质及机件材料，工作环境共同影响，磨料是工作的对象，是硬性指标，不可改变，工作环境又是为了加工生产这种磨料所决定的，那么只有改变了机件的内在因素，以最小的成本提高机件的抗磨损性能，获得最大的经济效益，才是最根本的解决之道。
根据大量的实践经验，在低成本的碳钢和低合金钢表面加补硬质合金，堆焊耐磨合金焊层，即保持了机件的较高硬度和韧性，又具有较高的耐磨性能，同时还节省了大量的合金元素，降低了机件的制造成本，使用寿命成本提高，具有事半功倍的效果。
二.各种常用堆焊合金马氏体合金铸铁堆焊合金马氏体合金铸铁堆焊合金，含碳量2-4%，合金元素主要为W,Cr,Mn,Mo，合金含量一般在15-20%以下，近几年来国内外新开发的马氏体合金铸铁堆焊合金又增加了V,Ti,B等元素。
其组织主要由马氏体+残余奥氏体+碳化物组成。
堆焊层宏观硬度HRC55-66，由于含有大量马氏体和高硬度合金碳化物，这类合金有很好的抗高应力和低应力，耐磨料磨损能力和耐热，耐蚀及抗高温氧化性能。
一般堆焊在受中等冲击以下的零件表面。
如制砖机绞刀，混凝土搅拌机，刮板输送机中部槽等，也可以在耐热，耐蚀抗氧化的场合下使用。
高铬合金铸铁堆焊合金高铬合金铸铁堆焊合金含碳量2-5%，含铬量18-32%之间，耐热性，耐蚀性，抗氧化性及耐磨料磨损性能都很好，在合金铸铁堆焊合金中应用最广，效果最好。
基体组织马氏体+残余奥氏体，宏观硬度达到HRC55-68。
堆焊及堆焊的工艺要求
堆焊及堆焊的工艺要求为增大或恢复焊件尺寸，或使焊件表面获得具有特殊性能的熔敷金属而进行的焊接称为堆焊。
为达到不同目的，堆焊可分以下四种：⑴包层堆焊当焊件表面与腐蚀介质接触时，为使其表面具有耐腐蚀性，而在碳钢或合金钢母材上堆焊一定厚度的填充金属层。
⑵耐磨堆焊为减轻焊件表面磨粒磨损、冲击、腐蚀、气蚀而采用的堆焊层。
⑶增厚堆焊在焊件表面、接头边缘或者先前熔敷的金属上为恢复构件所要求的尺寸而添加焊缝金属。
⑷隔离层堆焊焊接异种材料或有特殊要求的材料时，为保证接头质量和性能，预先在母材表面（或坡口面）上熔敷的一定成分的金属层称隔离层。
熔敷隔离层的工艺过程称隔离层堆焊。
试述堆焊的工艺要求。
堆焊的特点在于它不是把两个分离的部件连接在一起，而仅仅是在焊件表面施焊一层熔敷金属，因此其工艺要求是：⑴防止堆焊层的裂纹及剥离堆焊后的焊缝金属硬度大、塑性低，尤其当堆焊金属成分与基本金属成分相差比较大时，金属的线膨胀系数较大，从而引起相当大的内应力，使堆焊层金属在堆焊后的冷却过程中容易产生堆焊层裂纹及剥离（堆焊层金属从基体上剥落下来）。
防止的主要办法是设法减小堆焊时的焊接应力，具体措施是：对焊件进行整体预热或合理的局部预热，或者用隔离层堆焊的办法，即先用塑性好、强度不高的普通焊条或不锈钢焊条进行打底焊，使堆焊层与母材隔离开来。
⑵防止堆焊层的硬度不符合要求堆焊层的硬度依靠堆焊层的合金成分来获得，而合金成分来自焊接材料（焊条、焊丝、焊剂）而不是母材。
所以堆焊时，希望熔深浅、熔合比小，因此不宜采用大电流。
由于母材对焊缝金属的稀释，所以堆焊第一层时硬度往往偏低，其余各层硬度逐渐提高，一般在第三层后硬度基本不再变化。
⑶防止堆焊零件变形对细长轴及直径大而壁厚不大的圆筒形零件表面堆焊时，要考虑防止焊后变形。
排粉风机叶片的Fe610耐磨合金粉块碳弧堆焊
排粉风机叶片的Fe610耐磨合金粉块碳弧堆焊
彭勃
【期刊名称】《焊接》
【年(卷),期】1997(000)002
【摘要】介绍了一种Ｆｅ６１０堆焊新材料。
排粉风机叶片经Ｆｅ６１０材料堆焊，可提高其寿命３￣５倍。
【总页数】1页(P17)
【作者】彭勃
【作者单位】哈尔滨焊接研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TH440.3
【相关文献】
1.硼对铁基合金粉块碳弧堆焊层成形性和耐磨性的影响 [J], 朱文东;刘仁培;潘攀
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3.Fe—05耐磨合金粉块碳弧堆焊 [J], 顾丕雄
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5.K118耐磨合金碳弧堆焊粉块的研制 [J], 葛长路;单丽云;阚周平;刘家骏
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耐磨合金粉块堆焊工艺
耐磨合金粉块堆焊多采用碳弧堆焊。
碳弧堆焊一般选用石墨或炭精棒、板为电极，它们具有良好的导电性，较高熔点；由于碳精含有一定灰粉，较石墨电阻大2-3倍，所以采用石墨电极更好些。
电源采用陡降特性的直流弧焊机，采用正接法，电极接负，电极为高强度光谱纯石墨棒，一般规格有φ10、φ12、φ13、φ15长250、300毫米，使用时端头削锥形，锥高约为2倍直径。
石墨电极与钢板面垂直，电弧以接触法引燃。
用直流电机，正接电流在280-300（安）、电弧电压在25-30（伏）用规格90×30×3毫米粉块的堆焊，时间50-60秒。
此种合金碳弧堆焊熔深，稀释率高，所以对母材不要求焊前除锈的工艺。
这样即方便了操作工艺又能得到有效的合金堆焊层金属的质量，堆焊形成的耐磨层可高达所消耗的耐磨材料的1.5倍。
堆焊层显微组织为一次碳化物+共晶组织+马氏体+残余奥氏体。
此种堆焊的合金层较65Mn钢淬火试样高12倍左右，比256焊条堆焊可高出5-30倍。
一般堆焊过的零部件在生产考核中寿命提高8-10倍。
在堆焊过程中，电流大小决定堆焊层合金稀释率。
而稀释后的成分则对堆焊层的组织性能具有决定性影响，所以在堆焊操作过程中，控制堆焊层的厚度，掌握它的稀释率，确保堆焊质量，这是非常关键的一步。
碳弧堆焊的操作方法：碳棒应尽量垂直于工件，并且一经起弧，整个焊接过程应保持一定的碳弧长度一般为3-8毫米。
粉块碳弧堆焊采用直流正接，起弧较容易，可以采用接触式引弧，只要碳棒具有一定的锥度，电弧燃烧即稳定。
如果碳弧过低，碳极容易接触熔融金属，会造成瞬间短路，使碳弧不稳，影响焊层质量。
同
时，也使碳棒损耗加快，增加成本。
1、引弧
（1）碳棒在距离粉块端头3-5毫米处的母材上引弧，之后将碳弧立即引至粉块边缘，使碳弧笼罩基体三分之一，笼罩粉块三分之一的位置。
然后横向摆动，开始起焊。
（2）碳弧摆动方法、幅度、速度、收弧。
起焊后，碳弧沿粉块横向摆动，一般采用2种方法，方形摆动与锯齿摆动。
采用锯齿摆动，好于方形摆动。
锯齿摆动体积熔化小，稀释率降低，这种方法可以进行较合适的快速摆动，保证焊层的设计性能。
堆焊粉块时，摆幅与粉块宽度要一致，以保障焊层质量。
堆焊速度也是堆焊质量的关键，焊工要熟练掌握横摆焊速和前进焊速，这两种速度必须协调一致。
太快会造成与基体结合不牢，焊层表面有渣坑，太慢基体熔化多。
焊层稀软率增高，表面出现黑皮和皱褶，因此，正确掌握横摆速度，保证基体不过烧的（稀软率不增高）前提下，使合金元表得到较充分的熔化和冶金反应。
前进速度的快慢，要以横摆焊速粉块的熔化情况而定，在操作过程中始终要保持一个良好的熔池形状。
要使熔池边界清楚，又要使熔池表面上的渣漂动，堆焊速度合适时，会得到一个光滑、平整的优质焊层。
收弧和起焊一样重要，焊层两端均需平滑过渡，收弧时不可过早，待粉块熔尽，
也不可太晚。
免得收弧处弧坑太深，通常是待粉块熔尽时立即将碳弧拉长，利用碳弧的低温区给熔池加以整形。
使之焊层与基体间过渡平滑。